Файл: Лебедев, Н. Н. Электротехника и электрооборудование учеб. пособие [для монтаж. и строит. спец. техникумов].pdf

Станина машины служит замыкающей частью — ярмом магнитопровода.

Ротор машины, называемый в машинах постоянного тока якорем (рис. 8.2), представляет собой цилиндрическое тело, собранное (так же как фазный ротор асинхронных двигателей) из тонких штампованных

ее припаивают к пластинам коллектора.

На внешнюю поверхность коллектора накладываются щетки, при­ крепленные при помощи траверсы к неподвижной части машины. При вращении якоря вращается также и коллектор, а щетки скользят по его поверхности, оставаясь неподвижными. Вал якоря вращается в под­ шипниках, закрепленных в щитах,

На упрощенной схеме рис. 8.3 изображен между двумя магнитами вращающийся виток обмотки якоря 3. Нетрудно уяснить назначение и принцип действия коллектора. Концы обмотки якоря соединены с двумя пластинами коллектора 1, по которому скользят две щетки 2. При вращении якоря в его проводниках будет наводиться синусоидаль­ ная электродвижущая сила. При коллекторе с верхней щеткой все вре­ мя оказывается соединенным проводник, движущийся под северным полюсом электромагнита, а с нижней — проводник, движущийся под южным полюсом. В результате этого между щетками будет действо­ вать напряжение, изменяющееся во времени, как показано кривой рис. 8.4. Все ее точки расположены выше нулевой линии (напряжение

125

все время будет сохранять один знак). Таким образом коллектор вы­

прямляет переменное напряжение.

Но напряжение, представленное кривой рис. 8.4, еще не является постоянным, так как его величина за один оборот якоря два раза пре­ терпевает изменения от нулевого значения до максимального.

Если намотать на якорь обмотку, состоящую не из одного, а из двух битков, и расположить их на якоре перпендикулярно один другому, то э. д. с, которые наводятся в них при вращении якоря, будут отли­ чаться друг от друга по фазе. В тот момент, когда в одном витке э. д. с. будет равна нулю, в другом она будет иметь максимальную величину. Графически это можно изобразить двумя кривыми (рис. 8.5, а).

Рис. 8.6. Кривая выпрямления коллектором переменного напряжения при двух катушках на якоре генератора

С помощью коллектора, состоящего из четырех раздельных частей, можно получить в двух витках два выпрямленных напряжения ег и е2, показанных на рис. 8.5, б. При соответствующем соединении витков наводимые в них э. д. с. будут складываться и на щетках машины полу­ чится суммарное напряжение, которое имеет значительно меньшие ко­ лебания по величине (рис. 8.5, в).

В выпускаемых ныне машинах постоянного тока обмотки якоря имеют значительно большее число катушек и пластин коллектора. Чем больше будет катушек в обмотке якоря и пластин на коллекторе, тем более ровным, т. е. приближающимся к постоянной величине, будет выпрямляемое коллектором напряжение. Соответственным увеличением чнсЛа катушек обмотки и пластин коллектора получают суммарное на­ пряжение на щетках (выводах) генератора с весьма малыми колеба­ ниями по величине.

Машины постоянного тока производят обычно не двухполюсными, а с большим числом полюсов — 4—6. Полюса чередуются попеременно между собой, Количество щеток равно числу полюсов: например, у че­ тырехполюсной машины должно быть четыре щетки.

§ 8.2. Классификация машин постоянного тока по способу возбуждения

Рабочие свойства машин постоянного тока зависят в значительной мере от способа соединения обмотки возбуждения с якорем постоянного тока. Они подразделяются на: машины с параллельным возбуждением (шунтовые), машины с последовательным возбуждением (сериесные)

123

и машины со смешанным возбуждением (компаундные) (рис. 8.6). Ма­ шины с параллельным и смешанным возбуждением применяют и в ка­ честве генераторов, и в качестве двигателей, а с последовательным воз­ буждением — только в качестве двигателей.

В машинах с параллельным возбуждением обмотка возбуждения при­

/? — н а г р у з к а

ные на прохождение через них полного тока генератора, выполняют из проводов большого сечения.

Соединение обмотки возбуждения с обмоткой якоря производится в коробке выводов генератора при помощи болтовых зажимов. Стан­ дартом установлены следующие обозначения зажимов: обмотки якоря или, что то же, выводов генераторов — Ях и Я2, параллельной обмот­ ки — Шх и Ш2, последовательной обмотки — Q и С2.

Кроме основных полюсов в машинах постоянного тока применяют дополнительные полюсы, располагаемые между основными полюсами на станине машины. Обмотка дополнительных полюсов включается по­ следовательно с обмоткой якоря машины. Назначение обмотки допол­ нительных полюсов — устранить искрение на коллекторе.

§ 8.3. Генераторы постоянного тока

Напряжение, которое развивает любой генератор постоянного тока, прямо пропорционально числу его оборотов и величине магнитного по­ тока, создаваемого полюсами; магнитный же поток зависит от тока в обмотке возбуждения. Отсюда следует, что регулировать напряжение генератора постоянного тока можно либо изменением числа его оборо­ тов, либо изменением величины тока возбуждения.

Генераторы, у которых питание обмоток возбуждения производит­ ся от постороннего источника постоянного тока, т. е. с независимым возбуждением, применяют редко. Как правило, применяют генераторы с самовозбуждением, у которых обмотка возбуждения во время работы генератора получает питание от его якоря. При пуске же генератора э. д. с. в обмотке возбуждения якоря начинает наводиться за счет неко­ торого остаточного магнетизма полюсов станины, так как намагничен-

127

ная сталь сердечника любого электромагнита сохраняет магнитные свойства и после прекращения тока в его обмотке. Под влиянием сла­ бого поля остаточного магнетизма в якоре машины наводится неболь­ шая э. д. с., под действием которой в обмотке возбуждения полюсов начинает проходить электрический ток, усиливающий магнитное поле, а следовательно, и э. д. с. генератора, постоянно доводя ее до номи­ нальной величины.

Для правильной эксплуатации электрической машины необходи­ мо знать ее номиналные величины: мощность Ра, напряжение (/„, ток / н, число оборотов пни др., которые обычно даны на щитке машины.

в электрическую сеть. Для получения такой мощности двигатель, вра­ щающий якорь машины, должен покрывать потери энергии, затрачен­ ные на нагревание обмоток возбуждения и якоря генератора, а также магнитные и механические потери. Следовательно, номинальная мощ­ ность двигателя должна превышать номинальную мощность генерато­ ра на величину этих потерь. Поэтому при работе машин вращающий мо­ мент на валу двигателя должен быть больше тормозящего момента ге­ нератора.

При работе машины в режиме холостого хода магнитное поле соз­ дает только обмотка возбуждения, так как в проводниках якоря тока нет (рис. 8.7, а). В нагруженной машине ток, проходящий йо про-

128

водникам якоря, создает собственное магнитное поле, поле якоря (рис. 8.7, б). Магнитное поле якоря, накладываясь на поле, создавае­ мое обмоткой возбуждения, будет искажать его (рис. 8.7, в). Влияние, которое оказывает магнитное поле якоря на результирующее поле ма­

и проходящая через ось вала якоря, называется геометрической ней­ тралью п — п '.

В нагруженной машине, вследствие наложения поля якоря на основ­

В результате при коммутации* щетка будет замыкать накоротко секцию обмотки, в которой индуктируется некоторая э. д. с., а послед­ няя будет создавать в контуре «щетка — короткозамкнутая секция» значительный ток. Это вызовет сильное искрение под щеткой и выгора­ ние пластин коллектора. Для избежания искрения щетки должны на­ ходиться на физической нейтрали. Вследствие реакции якоря физи­ ческая нейтраль у генераторов смещается по направлению вращения, а у двигателей — против направления вращения якоря.

На рис. 8.8 приведена схема включения генератора парал-лельного возбуждения.

§ 8.4. Электродвигатели постоянного тока, схемы их включения

Принцип действия электродвигателей постоянного тока основан на динамическом воздействии магнитного поля на проводники, через ко­ торые протекает ток (см. § 3.3). В конструктивном отношении электро­ двигатели постоянного тока ничем не отличаются от генераторов по­ стоянного тока.

Электродвигатель начинает вращаться, если обмотки якоря и воз­ буждения присоединены к напряжению внешней сети. При вращении якоря его обмотки пересекают магнитные линии поля и в них индукти­ руется э. д. с. Если определить с помощью правила правой руки на­ правление э. д. с., то оно окажется противоположным направлению

Противоэлектродвижущая сила во время работы электродвигателя ограничивает ток в якоре, который определяют разностью между вели­ чиной напряжения и противоэлектродвижущей силой, деленной на со­ противление якоря:

где / я — ток в обмотке якоря, А; U — напряжение сети, В;

Е— противоэлектродвижущая сила, В;

*Под коммутацией понимают явления, происходящие в секциях обмотки якоря при замыкании их щеткой накоротко.